作為 Kas Als Energiebron HNT 課程的老師，我經常收到有關 LED 燈的問題。對植物生長的影響是什么以及如何最好地將 LED 集成到氣候控制中等等。自從引入 LED 照明以來，人們觀察到植物表現出與在陽光下或通常的 Son-T 燈下不同的反應。

這本身并不奇怪，因為畢竟植物通常在自然太陽輻射下生長，這與人造光具有截然不同的特性。
很久以前，當人們開始在低壓鈉燈或路燈下種植植物時，這種情況就已經出現了。解決方案是改用高壓鈉 (HPS)，其光譜包含更多藍色。植物顯然需要它來進行自然發育。出于同樣的原因，紅色 LED 燈目前以標準方式與大約 5% 的藍色混合，形成了特有的紫色 LED 燈。

LED 光譜提供新的可能性
近年來，人們對 LED 光的光譜成分的影響進行了大量研究。這個想法是特定的淺色可以促進某些期望的發展并減慢其他人的發展。一個例子是遠紅光會導致更多的拉伸，這有利于作物中良好的光分布等。更多的藍光 (UV) 光會產生更緊湊的生長。也正在用綠色和白色 LED 燈進行實驗。毫無疑問，那里仍然有很多有趣的發現。

LED 生長燈耗電更少
現在大規模使用 LED 的主要原因是它們可以非常有效地產生 PAR 光。LED 提供更多的 PAR，因此在相同的電費下，每平方米可以生產更多的水果公斤數或更多的花枝和盆栽植物。LED 還可以在關閉光發射的變暗屏幕下實現更高的光照水平，而不會使溫度升高太多。以前使用 Son-T 時 200 微摩爾/平方米的 PAR 水平很常見，而現在 300 微摩爾正在成為某些作物的新標準。理論上，這可以將產量提高 50%。
簡而言之，LED 似乎是未來可持續溫室園藝的理想光源。前提是有足夠的綠色電力可用。

植物如何看待 LED 燈？
不幸的是，越來越明顯的是，在密集的 LED 照明下也會出現問題。僅舉幾例：葉子和花朵的紫色著色、凹凸不平的葉子和較短的瓶插壽命。還發現光合作用不會隨著較高的 PAR 水平成比例地增加，而是會因花青素的形成而減慢。懷疑的原因是光譜，還有植物的荷爾蒙平衡、溫度影響和可能的營養缺乏。最后兩個因素使觀察光源的物理特性以及它們如何在溫度和蒸發方面影響植物變得有趣。

LED 對養分吸收和作物溫度有何影響？
光源的特征在于它們的光譜組成。PAR 光 (400 – 700 nm) 決定了潛在的光合作用。輻射中具有更短或更長波長的其他成分包含可以加熱植物部件并驅動蒸發的能量。此外，人造光源產生的對流熱可以通過空氣流動促成這一點。
在相同的 PAR 強度 (micromol/m2.s) 下，與太陽光和 HPS 光相比，LED 向作物發射的能量大約不到一半。這也意味著一半的蒸發和養分供應。但當然也減少了植物頂部、葉子、芽、果實等的加熱。加熱實際上有利于加速光合作用的過程，并使形成的糖的運輸和消耗與生產保持平衡。
數百萬年來，植物已經適應了陽光的光譜組成。如果這些植物主要或什至完全接收 LED 光，同化產物和養分有效性之間的正常關系就會失去平衡。并且由于植物溫度較低，源匯活動也會減少。

LED如何才能真正走向成功？
因此，就 PAR 光而言，LED 燈非常高效，但同時會扭曲天然植物在能量、水、同化物和養分攝入方面的平衡。為了讓這些余額恢復正常，必須采取額外的措施。例如，在栽培單元和多層栽培（垂直農業）中，通常會提供密集的空氣循環，以獲得均勻的水平和垂直溫度和水分分布。這也大大增加了蒸發，從而增加了養分吸收。
目前還不完全清楚這應該如何在普通溫室中完成。加熱程度高于正常溫度，還是在作物頂部或花蕾處（額外的）生長管？也許是營養液的不同成分，或者更多的（垂直）空氣流動？或者混合照明畢竟不是那么糟糕嗎？無論如何，屏蔽輻射以防止作物降溫是非常明顯的。
無論如何，有一件事是清楚的；要使 LED 的大規模應用真正取得成功，我們必須更多地考慮植物的自然需求和特性，而不僅僅是關注技術。在可持續發展的背景下，除了光的利用，熱的利用也是必不可少的。

更快、更高效
幸運的是，我們現在擁有現代傳感器，例如凈輻射計和熱像儀。這允許直接測量工廠的能源供應和（垂直）溫度分布。因此，這比老式的試錯研究方法更快、更有效。